[发明专利]一种超级电容器用网层状多孔炭/石墨烯复合电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种超级电容器用网层状多孔炭/石墨烯复合电极材料的制备方法，其步骤如下：(1)将氧化石墨超声分散于不同溶剂中得到氧化石墨悬浮液，加入甲醛溶液和间苯三酚，机械搅拌溶解后加入盐酸溶液，然后转移至烘箱中，聚合反应后通过抽滤、洗涤、干燥得到酚醛树脂/氧化石墨烯复合材料前驱物。(2)将步骤(1)得到的前驱物与氢氧化钾通过干法混合，置于刚玉瓷舟中，将瓷舟放进管式炉内，恒温碳化后自然降温至室温，将得到的产物取出、研磨后放入烧杯中，经酸洗、蒸馏水洗涤和干燥后得到目标产物。本发明制备设备和工艺简单，适合快速、工业化大规模生产，其应用于超级电容器具有较高的比电容值和超高的速率特性，并且具有较长的循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器用网层状多孔炭/石墨烯复合电极材料的制备方法，属于超级电容器电极材料制备方法技术领域。

背景技术

随着便携的电子设备、电动汽车、混合动力电车使用量的快速增加，对高功率密度、高能量密度的储能设备的需求日益增加。超级电容器由于具有比电池更高的功率密度和比传统电容器更高的能量密度等特点而引起了广泛的研究热潮。选择和设计电极材料对于超级电容器的性能至关重要。好的电极材料应该具有较大的有效比表面积为电解液离子提供吸附的界面；同时也需要具有快速的离子传输通道，以减小电解液离子的扩散阻力。然而对于电极材料而言，这两个至关重要的特征往往在一定程度上相互冲突，并不能同时满足。因此设计合适的纳米结构对于超级电容器电极材料变得越来越重要。炭材料由于具有较高电导率、低成本、结构易调控、化学性质稳定等优点而被广泛的应用于超级电容器。其中石墨烯因为其自身极佳的电子传导性、良好的机械和热稳定性和高比表面积，更是被广泛的研究。然而，石墨烯片层之间存在强的π-π作用力，在制备过程中会发生严重的堆叠现象，从而损失大量的有效比表面并增加电解液离子传输的阻力，严重制约了石墨烯在超级电容器领域的应用。石墨烯复合材料则能够有效地克服石墨烯堆叠的难题，因为复合材料中的其它成分能够有效地阻止石墨烯的团聚，从而提高石墨烯材料的比电容。其中石墨烯与多孔炭的复合不仅可以提高石墨烯材料的有效比表面积，而且不会降低材料的化学稳定性，是一种非常可行的制备具有优异电容性能电极材料的方法。

Zhibin Lei制备了一种介孔炭微球/石墨烯复合电极材料，其制备过程是：利用氨基化的介孔氧化硅微球与氧化石墨复合得到制备目标材料的模板，然后以二茂铁为碳源进行化学气相沉积，再利用氢氟酸刻蚀掉氧化硅微球，得到介孔炭微球/石墨烯复合电极材料。其制备工艺繁琐，对设备要求高，并且需要用到硬模板和具有强腐蚀性的氢氟酸，造成成本升高，并且无法大规模生产。Meng Li利用酚醛树脂做碳源制备了介孔炭/石墨烯的复合材料，以三嵌段共聚物(EO106PO70EO106)作为软模板，在高温水热的条件下合成酚醛树脂/氧化石墨前驱物，然后碳化并除掉模板后得到目标产物，然而模板剂的应用提高了其制备成本，并且较低的比表面积限制了其电容性能。中国专利CN102167308B公开了一种介孔炭/石墨烯复合材料的制备方法。其制备工艺是利用羟基化合物与醛基化合物在表面活性剂的帮助下与氧化石墨形成复合材料的前驱体，然后进行预碳化和碳化处理得到介孔炭与石墨烯的复合材料。中国专利CN103824701A公开了一种活性石墨烯复合电极材料，利用物理混合的方法将石墨烯与活性炭进行混合，在活化剂的帮助下进行预活化和活化过程得到目标产物。其制备的活性石墨烯复合材料可以作为超级电容器、燃料电池等的电极，但是该制备工艺得到的复合材料结构不易控制，导致很大比表面积不能得到有效利用。中国专利CN104319116A公开了一种超级电容器微孔炭/石墨烯复合电极材料的制备方法。利用煤沥青和氧化石墨为碳源，以氢氧化钾为活化剂，制备的微孔炭/石墨烯复合材料具有较高比表面积，平均孔径介于1.85-2.04nm之间，其作为超级电容器电极材料具有较高的比电容，但是较多的微孔限制了其倍率特性。